晶體管放大倍數(shù)β檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、晶體管放大倍數(shù)琲僉測(cè)電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告班級(jí):*姓名:*學(xué)號(hào):班內(nèi)序號(hào):*摘要】晶體管是工程上常見的一種元器件，放大倍數(shù)為其基本參數(shù)。為了檢測(cè)出 不同晶體管的放大倍數(shù)的粗略值，本實(shí)驗(yàn)利用集成運(yùn)放和發(fā)光二極管，將晶體 管的放大倍數(shù)分成若干個(gè)檔位進(jìn)行測(cè)量 。利用本實(shí)驗(yàn)的電路，可以成功實(shí)現(xiàn)對(duì) 晶體管類型的判斷，對(duì)晶體管放大倍數(shù)的檔位測(cè)量，并在B>250時(shí)實(shí)現(xiàn)報(bào)警。 放大倍數(shù)的檢測(cè)對(duì)于晶體管的工程應(yīng)用具有重要意義 ，對(duì)于任意一個(gè)晶體管， 在工程應(yīng)用前，都應(yīng)檢測(cè)出它的類型及放大倍數(shù)。關(guān)鍵詞】電子電路設(shè)計(jì)測(cè)量晶體管放大倍數(shù)B實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、加深對(duì)晶體管B值意義的理解；2、 了解并掌握電壓比較器電路

2、和發(fā)光二極管的使用；3、提高獨(dú)立設(shè)計(jì)電路和驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的能力。設(shè)計(jì)任務(wù)和要求】基本要求】1、 設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易晶體管放大倍數(shù) 臉測(cè)電路，該電路能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)三極管B值大 小的初步判斷。系統(tǒng)電源DC ±12V2、電路能夠檢測(cè)出NPN、PNP三極管的類型;3、 電路能夠?qū)PN型三極管放大倍數(shù) 盼為大于250、200250、150200和小于150四個(gè)檔位進(jìn)行判斷；4、 用發(fā)光二極管來指示被測(cè)三極管的放大倍數(shù)獨(dú)屬于哪一個(gè)檔位，當(dāng)邂出250時(shí)二極管能夠閃爍報(bào)警；5、 在電路中可以手動(dòng)調(diào)節(jié)四個(gè)檔位值的具體大?。惶岣咭蟆?、電路能夠?qū)NP型三極管放大倍數(shù) 盼為大于250、200250、150200和小

3、于150四個(gè)檔位進(jìn)行判斷，并且能手動(dòng)調(diào)節(jié)四個(gè)檔位值的具體大小。2、NPN、PNP三極管僑當(dāng)位的判斷可以通過手動(dòng)切換。設(shè)計(jì)思路】簡(jiǎn)易雙極型三極管放大倍數(shù)臉測(cè)電路的設(shè)計(jì)總體框圖如下所示：電路由五部份組成：三極管類型判別電路、三極管放大倍數(shù) 併當(dāng)位判斷電 路、顯示電路、報(bào)警電路和電源電路。三極管類型判別電路的功能是利用 NPN型和PNP型三極管的射極、基極、 集電極電流流向均相反的特性而實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于一個(gè)NPN型的三極管，若要工作 在放大區(qū)，則其基極與射極之間電壓應(yīng)為正向電壓 ，且集電極的電位要比基極 電位高。而對(duì)于PNP型的三極管則相反。三極管放大倍數(shù)檔位判斷電路的功能是利用三極管的分配特性，將B值

4、的測(cè) 量轉(zhuǎn)化為對(duì)三極管電流或電壓的測(cè)量 ，同時(shí)能夠?qū)n位進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)。再通過 電壓比較器，實(shí)現(xiàn)檔位的判斷。我們知道對(duì)于一個(gè)電壓比較器，若其正輸入端 輸入的電壓高于其負(fù)輸入端的電壓值 ，則其輸出為高電平，反之為低電平。利 用這個(gè)特性可以實(shí)現(xiàn)對(duì)前一級(jí)電路的輸出電壓進(jìn)行判斷并處理 。顯示電路主要由四個(gè)發(fā)光二極管與四個(gè)限流電阻串聯(lián)組成，接在三極管放大倍數(shù)檔位判斷電路下一級(jí)，不同的運(yùn)放輸出電壓的不同，將導(dǎo)致被點(diǎn)亮的二 極管不同。報(bào)警電路主要由一個(gè)555計(jì)時(shí)器和一個(gè)發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)。通過555計(jì)時(shí)器 輸出端高低高電平的變換而實(shí)現(xiàn)二極管亮和滅的輪換。電源電路的功能是為各模塊電路提供直流電源。所用儀器及元器件】

5、1、萬用表2、直流穩(wěn)壓電源3、集成運(yùn)算放大器2個(gè)4、555定時(shí)器1個(gè)5、發(fā)光二極管6個(gè)6、電位器1個(gè)7、實(shí)測(cè)雙極型晶體管若干個(gè)8、電阻電容若干個(gè)電路設(shè)計(jì)及功能實(shí)現(xiàn)】、三極管類型判斷電路NPN型管判斷電路如下圖（左）所示，PNP型管判斷電路如下圖（右）所示，由 于NPN型和PNP型三極管的電流流向相反，當(dāng)兩種不同類型的三極管按下圖的 其中一種連接方式接入電路時(shí) ，如按圖左將晶體管接入電路 ，將集電極接上 端，發(fā)射極接下端，那么NPN型三極管能夠正常導(dǎo)通，發(fā)光二極管亮，而PNP 型三極管無法導(dǎo)通，從而發(fā)光二極管不亮。因此，由二極管的亮和滅就能夠判 斷出三極管的類型是NPN還是PNP。VCC12.0

6、V“ R2>Key=A20%R6 ： 300kQVCC _ _12-0VLED2海QIPNP判別電路R8 1kDNPN判別舊路說明：電路中加了一個(gè)電位器 Rp，其主要作用是改變?nèi)龢O管一端連接的電阻的阻值，從而達(dá)到對(duì)于同一個(gè)三極管，可以改變Vc點(diǎn)的電位，從而實(shí)現(xiàn)在電 路中手動(dòng)調(diào)節(jié)四個(gè)檔位B 值具體的大小，與后面的電路相連從而實(shí)現(xiàn)電路的檢測(cè) 功能。、三極管放大倍數(shù) 併當(dāng)位測(cè)量電路和顯示電路首先，先介紹一下LM358的結(jié)構(gòu)及主要參數(shù)LM358內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用 ， 也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作 條件下，電源電流與電

7、源電壓無關(guān)。 LM358的電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。由圖可以看出，一個(gè)LM358芯片有8個(gè)端口，編號(hào)分別為1&其中端口 8為電源輸入端，在單電源條件下其可取電壓值為 330V;端口 4是接地端； 端口 2是其中一個(gè)運(yùn)算放大器的反相輸入端，端口 3則為該運(yùn)算放大器的同相輸 入端。端口6為另一個(gè)運(yùn)算放大器的反相輸入端，端口5則為該運(yùn)算放大器的同 相輸入端，端口 1和7分別為兩個(gè)電壓比較器的輸出端。運(yùn)算放大器在本電路中所起的作用為電壓比較器的作用。一個(gè)最基本的電壓比較器有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，兩個(gè)輸入端包括同相輸入端和反相輸入 端，分別記為Vi+和Vi- o當(dāng)同相輸入端的輸入電壓高于反相輸入端（

8、即Vi+>Vi-）時(shí)，輸出端輸出為高電平；否則輸出為低電平?？紤]放大倍數(shù)的臨界值 250、200、150 :設(shè)三個(gè)運(yùn)放的同相輸入電壓為 V N2N3預(yù)設(shè) Ri 為 4.772K,貝U Ib= (12v-0.67v-1.9v ) /Ri=0.006286667mA當(dāng)放大倍數(shù)為 250 , lc=250*l b=1.5716675mAVc=12V-l c*Ri=4.5V所以V 的臨界值為 4.5，即 R4/( R1+R2+R3+R4) =4.5/12當(dāng)放大倍數(shù)為 200，Ic=200*I b=1.257334mAVc=12V-I c*R1=6V所以V 的臨界值為 6，即(R3+R4)/(R1

9、+R2+R3+R4)= 6/12當(dāng)放大倍數(shù)為 150，Ic=150*I b=0.9430005mAVc=12V-I c*R1=7.5V所以V 的臨界值為 7.5，即(R2+R3+R4)/( R1+R2+R3+R4)=7.5/12所以R1、R2、R3、R4的比值為3 ： 1 : 1 : 3，實(shí)驗(yàn)時(shí)實(shí)際選取10k，3.3k， 3.3k,， 10k。由上面的公式設(shè)計(jì)出該部分的電路如圖所示 ，其中的電壓比較器都用獨(dú)立的元件畫出。三極管放大倍數(shù) 陷位測(cè)量電路和顯示電路如圖所示電壓VlsZ.SV：:ELEDV3=4.5V其核心部分是由三個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成的三個(gè)電壓比較器。所有的運(yùn)算放大器的反相輸入端都與前一

10、部分電路的三極管的集電極（或發(fā)射極）相連，作為該部分電路的輸入端口 。而三個(gè)運(yùn)算放大器的同相輸入端分別接入由串聯(lián)的四 個(gè)電阻分壓而得到的三個(gè)不同的電平值 ，將這個(gè)電平值與各自的反相輸入端輸 入的電平值進(jìn)行比較,從而判斷當(dāng)前的 V所對(duì)應(yīng)的B所在檔位。顯示電路由四個(gè)發(fā)光二極管組成，每個(gè)發(fā)光二極管與一個(gè) 1kQ的限流電阻 串聯(lián)后接到一個(gè)電壓比較器的輸出端，限流電阻起保護(hù)發(fā)光二極管的作用。顯示電路的工作原理：設(shè)三個(gè)電壓比較器（運(yùn)算放大器）的三個(gè)同相輸入端的輸入電平分別為Vi、V2、V3，假設(shè)此時(shí)之前的三極管類型判別電路的輸出電壓值Vc介于V1和V之間，由于Vc<Vi，第一個(gè)電壓比較器的同相輸入端

11、的電平高于其反相輸入端，故輸出高電平；由于Vc>V2,第二個(gè)電壓比較器的同相輸入端的電平低于 其反相輸入端，幫輸出為低電平。第三個(gè)電壓比較器的同相輸入端的輸入電平 也低于Vc,其輸出也為低電平。由此分析知，只有接在第一個(gè)電壓比較器和第 二個(gè)電壓比較器間的發(fā)光二極管兩端才有足夠大的電壓使發(fā)光二極管發(fā)亮，其余的二極管都處于兩個(gè)高電平或兩個(gè)低電平之間，沒有足夠的電壓來發(fā)亮。報(bào)警電路主要由一個(gè)NE555定時(shí)器和一個(gè)發(fā)光二極管組成。通過NE555定 時(shí)器輸出端輸出電平高和低的轉(zhuǎn)換（構(gòu)成施密特觸發(fā)器）實(shí)現(xiàn)發(fā)光二極管的亮和滅的交替從而實(shí)現(xiàn)閃爍狀態(tài)。NE555定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如上圖所示，它由分壓比較器、基

12、本RS觸發(fā)器、晶 體管及緩沖器組成。它有8個(gè)管腳，1腳是接地端GND， 2腳是低電平觸發(fā)端， 3腳是輸出端，4腳是復(fù)位端，5腳是電壓控制端，6腳是高電平觸發(fā)端，7腳是 放電端，8腳是電源端。其功能表如表1：堆人価電平統(tǒng)發(fā)軸（忸）輔出z啟電瞻VT的狀想X0導(dǎo)通1樓止.L0導(dǎo)通-表1當(dāng)4腳RD復(fù)位端輸入為低電平時(shí)，不管其它輸入端的狀態(tài)如何，輸出端輸 出的電壓必為低電平；只有當(dāng)RD輸入為高電平時(shí)，輸出的狀態(tài)將由2腳低電平 觸發(fā)端和高電平觸發(fā)端電壓的大小來決定。因此，在正常工作時(shí)，應(yīng)將4腳接 高電平0如果在電壓控制端（5腳）施加一個(gè)外加電壓，比較器的參考電壓將發(fā)生變 化，電路相應(yīng)的閾值、觸發(fā)電平也將隨

13、之變化，進(jìn)而影響電路的工作狀態(tài)。555定時(shí)器成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn) 多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路 。它也常作 為定時(shí)器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測(cè)量及自動(dòng)控制等方面。實(shí)驗(yàn)中使用之所以使用 555定時(shí)器，也是利用它來構(gòu)成一個(gè)施密特觸發(fā)器來產(chǎn)生一個(gè)矩形的脈沖，從而實(shí)現(xiàn)報(bào)警燈的閃爍來實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。其連接的電路圖如圖：5.75VR4 1I0KQLM555CM £ U2VCC.R5TP-I1kQ當(dāng)輸入電壓人tF5.75v時(shí)即訓(xùn)閃爍報(bào)警jh J ""I. fa d.& d .1. a j -. ua

14、jh d j i. d j & a '£> d j& d . j Ladl a 4當(dāng)?shù)谌齻€(gè)電壓比較器輸出不為高電平時(shí)，則555定時(shí)器的電源輸入端輸入 為低電平，且其復(fù)位端輸入的也是同一個(gè)低電平信號(hào)，故輸出為低電平，其所接的發(fā)光二極管不亮。當(dāng)?shù)谌齻€(gè)電壓比較器輸出為高電平時(shí)，復(fù)位端輸入的也 是一個(gè)穩(wěn)定的高電平信號(hào)，此時(shí)555定時(shí)器能夠正常工作。剛開始時(shí)放電晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)，由于導(dǎo)通后與地線相連，故其電平值 為0，因此，電阻R5兩端的電壓值都是處于低電平。當(dāng)兩電平觸發(fā)端的輸入電 平都為低電平時(shí)，輸出端輸出高電平，而放電晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)而位于高電 平,此時(shí)二

15、極管亮；又由于此時(shí)的放電晶體管的輸出端處于高電平，由電路的連接可知，兩電平觸發(fā)端輸入的電平都是高電平，由上面的功能表可知，此時(shí)輸出端輸出的是低電平，放電晶體管再次導(dǎo)通，且二極管滅。如此一直循環(huán)下 去,直到控制信號(hào)的電平值為低電平才停止工作 。從而實(shí)現(xiàn)的二極管的閃爍。555定時(shí)器閃爍頻率計(jì)算公式為T=0.7* (R4+2R6)*C3=0.7*(10k+2k)*100*10A(-6)=0.84s四、總體電路設(shè)計(jì)NPN四部分的電路加起來如圖所示： kn -6-3 R 303- R3 -FJTna.nsswGOD -PNP四部分的電路加起來如圖所示:JCC;C1Q.C. U - - F 一 L - P

16、 - TMGf -J Q!R111k總的電路實(shí)現(xiàn)的功能有：判斷三極管的類型是NPN還是PNP,而且能對(duì)三極管放大倍數(shù)盼為大于250、200250、150200、小于150共四個(gè)檔位進(jìn)行 判斷，并在B值大于250的時(shí)候能夠進(jìn)行閃爍報(bào)警。電路中用發(fā)光二極管來指示被測(cè)三極管的B 值屬于哪一個(gè)檔位。電路中可以手動(dòng)調(diào)節(jié)四個(gè)檔位值的具體大 小。故障及問題分析】1、將元件全部插好，第一次調(diào)試的時(shí)候，不論怎么調(diào)節(jié)電位器，都只有第 一個(gè)檔位的發(fā)光二極管亮，而且，檢測(cè)電路的燈不亮。仔細(xì)檢查電路之后發(fā) 現(xiàn)，與電阻器串聯(lián)的電阻直接接到了12V電源上，導(dǎo)致集電極電位始終為高于10V不受電位器影響，無法調(diào)節(jié)。2、一開始，

17、按照計(jì)算好的參數(shù)，三極管基極接了一個(gè) 300K Q的電阻，集電極接了一個(gè)1KQ的電阻。但是在調(diào)節(jié)電阻器時(shí)，發(fā)現(xiàn)只能從第三個(gè)燈開始 亮，電阻器阻值增大可以使第四個(gè)燈亮并報(bào)警。經(jīng)過計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，使用的三極 管的B值應(yīng)在200250范圍內(nèi)，故將集電極連接的定值電阻改為了 300 Q,則調(diào) 節(jié)電阻器，可使四個(gè)燈從一個(gè)燈開始依次亮。3、當(dāng)做提高要求時(shí)，發(fā)現(xiàn)NPN、PNP電路Vc有互補(bǔ)的特點(diǎn)，即假設(shè)NPN 中Vc為W ,則PNP電路中Vc為Vcc-Vi。為避免在改變?nèi)龢O管類型時(shí)對(duì)電路產(chǎn) 生較大影響，同時(shí)也是為了最小的改變電路，故將電壓臨界值設(shè)為7.5V、6V、4。5V，則在改變?nèi)龢O管類型時(shí)，對(duì)應(yīng)的電壓臨界值

18、為 4.5V、6V、7.5V，故可 以只改變第一級(jí)電路中三極管類型而第二級(jí)和第三級(jí)判別電路不受影響。由此推出的（R2+RP）應(yīng)為4.772K，理論上是可以實(shí)現(xiàn)的。在實(shí)際操作中，在三極 管類型由NPN改為PNP時(shí)，只需將R3由基級(jí)與電源相連改為基極與地相連， 即可十分方便的實(shí)現(xiàn)對(duì)另一種類型三極管放大倍數(shù)測(cè)量。個(gè)人總結(jié)】這次電路實(shí)驗(yàn)，自己收獲頗豐。一開始插電路板的時(shí)候，就因?yàn)闆]有合理 地考慮布局，反反復(fù)復(fù)地插了若干次，弄得整個(gè)人非常煩躁，以至于越插越 舌L。等到自己真正靜下心來，一會(huì)兒就插好了，可見，不論做什么事，都需要 靜心與耐心。在第二次課上，將電路板插好后第一次調(diào)試，由于之前使用儀器的人將 紅黑線接反，我也沒有認(rèn)真看電源的接線，結(jié)果直接燒壞了一個(gè)穩(wěn)壓管。換了 一個(gè)穩(wěn)壓管后，不論怎樣改變電位器的電阻值，都只能亮到第三個(gè)燈。由于沒有認(rèn)真思考過怎樣調(diào)試電路，后半節(jié)課就在那里傻愣著，面對(duì)著電路板毫無頭 緒，不知道怎么調(diào)試。下課后回到宿舍時(shí)，認(rèn)真思考了一下，就摸索出電路的 調(diào)試方法了 ：用模擬萬用表的電壓檔逐點(diǎn)測(cè)量可能出問題的電路中各點(diǎn)的電 位，看看有無異常。第二天立刻跑到實(shí)驗(yàn)室中去測(cè)試這種方法，結(jié)果發(fā)現(xiàn)